某预应力混凝土空心板梁桥主梁梁底横向裂缝成因分析

谭明媚

（湖南理大交通科技发展有限公司 湖南省长沙市 410015）

1 前言

空心板梁桥是中小跨径桥梁的主要结构形式之一，属于装配式桥梁，具有外形简单、梁高小、易制作、质量轻、架设方便等优点。空心板梁桥构造简单、受力明确，分为普通钢筋混凝土空心板梁桥和预应力混凝土空心板梁桥。

空心板梁桥在运营时，相邻多块空心板利用铰缝作用共同分担受力，在工程使用过程中，出现了系列典型病害：普通钢筋混凝土空心板梁桥的常见病害有：底板横向裂缝、底板纵向裂缝、铰缝渗水失效、支座脱空、桥面铺装纵向裂缝等；预应力混凝土空心板梁桥的常见病害有：底板纵向裂缝、铰缝渗水失效、钢绞线锈蚀、梁端腹板斜向开裂、支座脱空、桥面铺装纵向裂缝等。

2 某预应力混凝土空心板梁桥病害简介

2.1 病害简介

某桥为4×20.0m+3×25.0m+7×20.0m（结构简支桥面连续）预应力混凝土空心板梁桥，横向布置10片梁，设计荷载等级为公路-Ⅱ级。

通过外观检查发现：13-4#、13-5#、13-6#梁底，均有多条横向裂缝，最大裂缝宽度1.0mm。

2.2 病害初步成因分析

混凝土桥梁梁底横向裂缝，按其产生原因大致分为如下几种：

（1）受拉裂缝：当梁板预应力损失过大或施工过程中预应力张拉控制不当，导致起来运营过程中，混凝土受拉区拉力超过其抗拉强度时所产生的裂缝，通常梁板正弯矩弯曲裂缝位于1/4～3/4跨，逐渐从梁底向腹板发展；

（2）收缩裂缝：混凝土在浇筑过程中发生水化作用引起混凝土体积减小，发生干缩，进而产生收缩裂缝。收缩裂缝一般位于混凝土表面，缝浅而细，走向无规律；

（3）钢筋锈胀裂缝：主要因混凝土保护层不足，导致梁体外侧箍筋发生锈蚀所致，该类裂缝分布较为均匀，对应于箍筋设置位置。

3 桥梁静载试验

3.1 荷载效率

为准确评价该桥主梁梁底横向通长裂缝对桥梁承载能力的影响，根据《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015），对第13跨跨中截面进行承载能力测试。

按照试验构件截面“等效内力”的原则，确定静载试验的荷载大小和加载位置时，采用静力荷载试验效率ηq进行控制。为保证试验效果荷载效率ηq应介于0.85～1.05之间。

本次静载试验荷载效率系数见表1所示。

3.2 测点布置

该桥应变、挠度测点布置图如图1所示。

图1 第13跨跨中截面应变、挠度测点布置图（单位：cm）

3.3 静载试验结果

（1）静载试验各工况荷载作用下，应变校验系数最大值为0.48；挠度校验系数最大值为0.46（均不大于1），满足规范要求。

（2）静载试验过程中，试验跨主梁裂缝宽度未见发展且无新增裂缝。各测点理论值与实测值对比如图2～5所示。

图2 工况Ⅰ第13跨跨中截面各测点应变对比

图3 工况Ⅱ第13跨跨中截面各测点应变对比

图4 工况Ⅰ第13跨跨中截面各测点挠度对比

4 裂缝专项检测

4.1 裂缝专项检测结果

本次对第13跨主梁梁底横向裂缝进行专项检测。检测结果为：梁底横向裂缝分布于1/4～3/4跨，间距约1.0m，缝宽为0.60～0.97mm，裂缝深度 11～13mm。

图5 工况Ⅱ第13跨跨中截面各测点挠度对比

4.2 裂缝形态分析

通过对裂缝进行可视化放大后，调查裂缝形态，该桥裂缝呈不连续状，不同于常规裂缝（呈连续状），裂缝没有发展至腹板。

图6 该桥裂缝形态（呈不连续状）

4.3 静载试验后裂缝情况

静载试验后，试验跨主梁裂缝宽度未见发展且无新增裂缝。

5 结论

（1）通过对主梁梁底横向裂缝的分布形式、宽度、深度、形态等情况调查，分析该裂缝是由于混凝土浇筑时，水泥浆流失造成“返砂”所致，为施工不当所致病害。

（2）依据桥梁静载试验检测结果，该桥试验跨满足公路-Ⅱ级承载能力荷载标准，主梁梁底横向裂缝未影响桥梁承载能力。

（3）主梁梁底横向裂缝易对桥梁的耐久性造成影响，建议采用膨胀高强度混凝土或聚合物砂浆进行修补。